操作系統(tǒng)課后習(xí)題答案

1.1為什么要有操作系統(tǒng)？

答：因為操作系統(tǒng)能方便用戶使用，擴大機器功能管理系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)效率,

構(gòu)筑開放環(huán)境。

1.2操作系統(tǒng)以什么方式組織用戶使用計算機？

答：操作系統(tǒng)以進程的方式組織用戶使用計算機。

用戶所需完成的各種任務(wù)必須由相應(yīng)的程序來表達出來。為了實現(xiàn)用戶的任

務(wù)，必須讓相應(yīng)功能的程序執(zhí)行。而進程就是指程序的運行，操作系統(tǒng)的進

程調(diào)度程序決定CPU在各進程間的切換。操作系統(tǒng)為用戶提供進程創(chuàng)建和

結(jié)束等的系統(tǒng)調(diào)用功能，使用戶能夠創(chuàng)建新進程。操作系統(tǒng)在初始化后，會

為每個可能的系統(tǒng)用戶創(chuàng)建第一個用戶進程，用戶的其他進程則可以由母進

程通過“進程創(chuàng)建”系統(tǒng)調(diào)用進行創(chuàng)建。

1.3操作系統(tǒng)是如何支持用戶"方便”使用計算機的？

答：操作系統(tǒng)主要以以下方式支持用戶"方便使用計算機"的：作為用戶與計算

機硬件之間的接口，作為計算機系統(tǒng)的資源管理者，作為虛擬計算機。

1.4早期監(jiān)督程序（Monitor）的功能是什么?

答：早期監(jiān)督程序的功能是代替系統(tǒng)操作員的部分工作，自動控制作業(yè)的運行。

監(jiān)督程序首先把第一道作業(yè)調(diào)入主存，并啟動該作業(yè)。運行結(jié)束后，再把下

一道作業(yè)調(diào)入主存啟動運行。

它如同一個系統(tǒng)操作員，負責(zé)批作業(yè)的I/O,并自動根據(jù)作業(yè)控制說明書以

單道串行的方式控制作業(yè)運行，同時在程序運行過程中通過提供各種系統(tǒng)調(diào)

用，控制使用計算機資源。

1.5什么是作業(yè)控制語言？什么是作業(yè)說明書？

答：作業(yè)控制語言：用來表達作業(yè)控制意圖和步驟的語言。

作業(yè)說明書：利用系統(tǒng)提供的JCL編寫的一個程序。

1.7試述多道程序設(shè)計技術(shù)的基本思想。為什么采用多道程序設(shè)計技術(shù)可以提高

資源利用率？

答：多道程序設(shè)計技術(shù)的基本思想是，在主存同時保持多道程序，主機以交替的

方式同時處理多道程序。從宏觀上看，主機內(nèi)同時保持和處理若干道已開始

運行但尚未結(jié)束的程序。從微觀上看，某一時刻處理機只運行某道程序。

可以提高資源利用率的原因：由于任何一道作業(yè)的運行總是交替地串行使用

CPU、外設(shè)等資源，即使用一段時間的CPU,然后使用一段時間的I/O設(shè)備,

由于采用多道程序設(shè)計技術(shù),加之對多道程序?qū)嵤┖侠淼倪\行調(diào)度，則可以

實現(xiàn)CPU和I/O設(shè)備的高度并行，可以大大提高CPU與外設(shè)的利用率。

1.8什么是分時系統(tǒng)？其主要特征是什么？適用于哪些應(yīng)用？

答：分時系統(tǒng)是以多道程序設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)的交互式系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，一臺計

算機與多臺終端相連接，用戶通過各自的終端和終端命令以交互的方式使用

計算機系統(tǒng)。每個用戶都感覺到好像是自己在獨占計算機系統(tǒng)，而在系統(tǒng)內(nèi)

部則由操作系統(tǒng)以時間片輪轉(zhuǎn)的方式負責(zé)協(xié)調(diào)多個用戶分享CPU。

主要特征是：

并行性：系統(tǒng)能協(xié)調(diào)多個終端用戶同時使用計算機系統(tǒng)，能控制多道程序同

時運行。

共享性：對資源而言，系統(tǒng)在宏觀上使各終端用戶共享計算機系統(tǒng)中的各種

資源，而在微觀上它們則分時使用這些資源。

交互性：人與計算機以交互的方式進行工作。

獨占性：使用戶感覺到他在獨占使用計算機。

現(xiàn)在的系統(tǒng)大部分都是分時系統(tǒng)，主要應(yīng)用于人機交互的方面。

1.9什么是實時系統(tǒng)?其主要特征是什么?適用于哪些應(yīng)用?

答：實時系統(tǒng)是能及時響應(yīng)外部發(fā)生的隨機事件，并以足夠快的速度完成對事件

處理的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。實時系統(tǒng)的特點：

時鐘分辨度高

支持可剝奪任務(wù)調(diào)度

多機終端機制

1.10引入SPOOLing技術(shù)的的硬件基礎(chǔ)是什么？

答：中斷機構(gòu)和通道

2.1什么是中斷？什么是異常？它們有何區(qū)別？

答：中斷是指來自CPU執(zhí)行指令以外的事件發(fā)生后，處理機暫停正在運行的程

序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該事件的程序的過程。

異常是指源自CPU執(zhí)行指令內(nèi)部的事件發(fā)生后，處理機暫停正在執(zhí)行的程

序，轉(zhuǎn)去處理該事件的過程。

區(qū)別：廣義的中斷包括中斷和異常，統(tǒng)一稱為中斷。狹義的中斷和異常的區(qū)

別在于是否與正在執(zhí)行的指令有關(guān)，中斷可以屏蔽，而異常不可屏蔽。

2.2現(xiàn)代計算機處理機為什么設(shè)置用戶態(tài)、核心態(tài)這兩種不同的狀態(tài)？有哪些指

令必須置于核心態(tài)下運行？為什么？

答：因為在計算機系統(tǒng)中，CPU通常執(zhí)行兩類不同性質(zhì)的程序。一類是用戶自

編程序或系統(tǒng)外層的應(yīng)用程序，另一類是操作系統(tǒng)內(nèi)核程序。這兩類程序的

作用不同，后者是前者管理者和控制者。如果對兩類程序給予同等"待遇"，

則對系統(tǒng)的安全極為不利,所以操作系統(tǒng)程序享有用戶程序不能享有的某些

特權(quán)，因此將CPU的運行狀態(tài)分為核心態(tài)和用戶態(tài)。

操作系統(tǒng)內(nèi)核程序和特權(quán)指令。

2.3為什么要把中斷分級？如何設(shè)定中斷的優(yōu)先級？試述多級中斷的處理原則。

答：為什么要把中斷分級：在計算機系統(tǒng)中，不同的中斷源可能在同一時刻向

CPU發(fā)出不同的中斷信號，也可能前一中斷尚未處理完，緊接著又發(fā)生了

新的中斷。此時，存在誰先被響應(yīng)和誰先被處理的優(yōu)先次序問題。為了使系

統(tǒng)能及時地響應(yīng)和處理所發(fā)生的緊急中斷，根據(jù)中斷的輕重緩急,對各類中

斷規(guī)定了高低不同的響應(yīng)級別。

如何設(shè)定中斷的優(yōu)先級：中斷分級的原則是根據(jù)中斷的輕重緩急來排序，把

緊迫程度大致相當?shù)闹袛嘣礆w并在同一級，而把緊迫程度差別較大的中斷源

放在不同的級別。一般來說，高速設(shè)備的中斷優(yōu)先級高，慢速設(shè)備的中斷優(yōu)

先級低。

多級中斷的處理原則：當多級中斷同時發(fā)生時，CPU按照由高到低的順序

響應(yīng)。高級中斷可以打斷低級中斷處理程序的運行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行高級中斷處理

程序。當同級中斷同時到時，則按位響應(yīng)。

2.4設(shè)置中斷屏蔽的目的的目的是什么？

答：保證在執(zhí)行一些重要的程序中不響應(yīng)中斷，以免造成遲緩而引起錯誤。

2.5異?？梢栽趦?nèi)核態(tài)發(fā)生嗎？為什么？

答：可以。

2.6什么是中斷向量？其內(nèi)容是什么？試述中斷的處理過程。

答：中斷向量：為處理方便，一般為系統(tǒng)中每個中斷信號編制一個相應(yīng)的中斷處

理程序，并把這些程序的入口地址放在特定的主存單元中。通常將這一片存

放中斷處理程序入口地址的主存單元稱為中斷向量。

2.7中斷/異常處理為什么要保存現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場？現(xiàn)場應(yīng)包括哪幾方面的內(nèi)

容？

答:因為中斷處理是一項短暫性的工作，邏輯上處理完后還要回到被中斷的程序,

從其恢復(fù)點繼續(xù)運行。為了能實現(xiàn)正確的返回，并繼續(xù)運行下去，在中斷處

理前后必須保存和恢復(fù)被中斷的程序現(xiàn)場。

現(xiàn)場應(yīng)包括：PC寄存器的內(nèi)容,通用寄存器以及一些與程序運行相關(guān)的特殊

寄存器中的內(nèi)容。

2.8操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要功能模塊有哪些？如果采用微內(nèi)核模型，原來在內(nèi)核的

功能中，哪些功能在微內(nèi)核中實現(xiàn)？哪些由用戶態(tài)運行的進程實現(xiàn)？

答：操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要功能模塊有：1、系統(tǒng)初始化模塊2、進程管理模塊3、

存儲管理模塊4、I/O設(shè)備管理模塊5、文件管理模塊

采用微內(nèi)核模型，原來在內(nèi)核的功能中，少量的進程調(diào)度切換代碼和中斷處

理程序在微內(nèi)核中實現(xiàn)，原來由內(nèi)核態(tài)實現(xiàn)的大部分操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用處理

等功能轉(zhuǎn)由用戶態(tài)運行的進程實現(xiàn)。

2.9從控制軌跡上看，系統(tǒng)調(diào)用和程序級的過程調(diào)用都相當于在斷點處插入一段

程序執(zhí)行，但它們卻有質(zhì)的區(qū)別，試述這種差別。

答：這種差別主要在于處理機運行狀態(tài)的變化。發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時，處理機由用戶

態(tài)進入核心態(tài)；而程序調(diào)用時，運行狀態(tài)不發(fā)生變化，其狀態(tài)仍然保持在用

戶態(tài)。

2.10操作系統(tǒng)主要有哪些系統(tǒng)調(diào)用？

答：

2.11試述終端命令解釋程序的處理過程。

答：終端命令解釋程序的處理過程如下：

①判斷命令的合法性

②識別命令，如果是簡單命令則處理命令，然后繼續(xù)讀取下一條命令

③如果是不認識的命令關(guān)鍵字，則在約定目錄下查找與命令關(guān)鍵字同名的執(zhí)行文

件，創(chuàng)建子進程去執(zhí)行“執(zhí)行文件”程序，等待子進程結(jié)束后轉(zhuǎn)繼續(xù)讀取下一

條命令。

2.12子程序調(diào)用保存的現(xiàn)場和中斷/異常處理時保存的現(xiàn)場有些什么不同？

3.1什么是進程？為什么要引入此概念？試述進程的特點及它與程序的區(qū)別。

答：進程是支持程序執(zhí)行的機制，是程序針對某一數(shù)據(jù)集合的執(zhí)行過程。

引入此概念的原因：隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生。在監(jiān)督程序時代以作業(yè)形

式表示程序運行，那時，作業(yè)以同步方式串行地運行每個作業(yè)步，當操作系

統(tǒng)發(fā)展到分時系統(tǒng)時，為了開發(fā)同一作業(yè)中不同作業(yè)步之間的并發(fā)，作業(yè)機

制已經(jīng)不能滿足需要，因而引入了進程機制。

進程的特點：

動態(tài)性:可動態(tài)創(chuàng)建，結(jié)束，也可是精靈進程

并發(fā)性:可以被獨立調(diào)度，占用處理機運行。

獨立性:盡量把并發(fā)事務(wù)安排到不同的進程

制約性:因訪問共享數(shù)據(jù)或進程間同步而產(chǎn)生制約.

與程序的區(qū)別：進程是程序的執(zhí)行過程，程序是靜態(tài)的，進程是動態(tài)的。一

個進程至少是一個可執(zhí)行程序，同一個程序可以由多個進程分別執(zhí)行。

3.2進程控制塊的作用是什么？PCB中應(yīng)包括哪些信息？

答：進程控制塊的作用是：進程控制塊用于保存每個進程和資源的相關(guān)信息，

包括進程標識、空間、運行狀態(tài)、資源等信息。以便于操作系統(tǒng)管理和控制

進程和資源。

PCB中應(yīng)包括：1、進程標識信息：本進程的標識、父進程的標識、進程所

屬用戶的標識。2、處理機狀態(tài)信息。保存進程的運行現(xiàn)場信息，包括用戶

可用寄存器的信息；控制和狀態(tài)寄存器的信息；棧指針。

3.3什么是掛起狀態(tài)？什么是等待狀態(tài)？二者有什么區(qū)別？

答：掛起狀態(tài)：進程暫時被淘汰出內(nèi)存。

等待狀態(tài)：一個進程正在等待某一事件而暫停運行。

區(qū)別：進程是否被淘汰出內(nèi)存。

3.4為什么進程狀態(tài)會發(fā)生變化？何時變化？

答：進程在它的生存周期中，由于系統(tǒng)中各進程并發(fā)運行及相互制約的結(jié)果，使

得它的狀態(tài)不斷發(fā)生變化。

狀態(tài)變化的時機：

空一創(chuàng)建：當一個新進程被產(chǎn)生來執(zhí)行一個程序時。

創(chuàng)建一就緒：當進程被創(chuàng)建完成，初始化后，一切就緒準備運行時。

就緒一運行：當處于就緒狀態(tài)的進程被進程調(diào)度程序選中后。

運行一結(jié)束：當進程指示它已經(jīng)完成或者因錯流產(chǎn)時。

運行一就緒：處于運行狀態(tài)的進程在其運行過程中，分給它的處理機時間片

用完而讓出處理機；或者在可剝奪的操作系統(tǒng)中，當有更高優(yōu)先級的進程就

緒時。

運行一阻塞：當進程請求某樣?xùn)|西且必須等待時。

阻塞一就緒：當進程要等待事件到來時。

3.5進程創(chuàng)建的主要工作是什么？

答：進程創(chuàng)建時的主要工作如下：

1、接收進程運行現(xiàn)場初始值，初始優(yōu)先級，初始執(zhí)行程序描述，其它資源

等參數(shù)。

2、請求分配進程描述塊PCB空間，得到一個內(nèi)部數(shù)字進程標識。

3、用從父進程傳來的參數(shù)初始化PCB表。

4、產(chǎn)生描述進程空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用初始執(zhí)行文件初始化進程空間，建立

程序段，數(shù)據(jù)段、棧段等。

5、用進程運行現(xiàn)場初始值設(shè)置處理機現(xiàn)場保護區(qū)。造一個進程運行棧幀。

6、置好父進程等關(guān)系域。

7、將進程置成就緒狀態(tài)。

8、將PCB表掛入就緒隊列，等待時機被調(diào)度運行。

3.6進程切換的主要工作是什么？

答：(1)保護處理機現(xiàn)場；(2)將處理機模式轉(zhuǎn)換成核心態(tài)；(3)根據(jù)中斷級別

設(shè)置中斷屏蔽。

3.7詳細說明幾個引起進程調(diào)度的原因。

答：1、進程主動放棄處理機時：

一、正在執(zhí)行的進程執(zhí)行完畢。操作系統(tǒng)在處理進程結(jié)束系統(tǒng)調(diào)用后應(yīng)請

求重新調(diào)度。

二、正在執(zhí)行的進程發(fā)出I/O請求，當操作系統(tǒng)代其啟動外設(shè)I/O后，在

I/O請求沒有完成前要將進程變成阻塞狀態(tài)，應(yīng)該請求重新調(diào)度。

三、正在執(zhí)行的進程要等待其它進程或系統(tǒng)發(fā)出的事件時。如等待另一個

進程通訊數(shù)據(jù),這時操作系統(tǒng)應(yīng)將現(xiàn)運行進程掛到等待隊列，并且請求重新

調(diào)度。

四、正在執(zhí)行的進程得不到所要的系統(tǒng)資源，如要求進入臨界區(qū)，但沒有

得到鎖時，這時等鎖的進程應(yīng)自動放棄處理機或者阻塞到等鎖隊列上，并且

請求重新調(diào)度

2、為了支持可剝奪的進程調(diào)度方式，在以下情況發(fā)生時，因為新就緒的進

程可能會按某種調(diào)度原則剝奪正運行的進程，因此也應(yīng)該申請進行進程調(diào)

度：

一、當中斷處理程序處理完中斷，如I/O中斷、通訊中斷，引起某個阻塞

進程變成就緒狀態(tài)時，應(yīng)該請求重新調(diào)度。

二、當進程釋放資源，走出臨界區(qū)，引起其他等待該資源進程從阻塞狀態(tài)

進入就緒狀態(tài)時，應(yīng)該請求重新調(diào)度。

三、當進程發(fā)系統(tǒng)調(diào)用，引起某個事件發(fā)生，導(dǎo)致等待事件的進程就緒時。

四、其它任何原因引起有進程從其它狀態(tài)變成就緒狀態(tài)，如進程被中調(diào)選

中時。

3、為了支持可剝奪調(diào)度，即使沒有新就緒進程，為了讓所有就緒進程輪流占

用處理機，可在下述情況下申請進行進程調(diào)度：

一、當時鐘中斷發(fā)生，時鐘中斷處理程序調(diào)用有關(guān)時間片的處理程序，發(fā)現(xiàn)

正運行進程時間片到，應(yīng)請求重新調(diào)度。以便讓其他進程占用處理機。

二、在按進程優(yōu)先級進行進程調(diào)度的操作系統(tǒng)中，任何原因引起進程的優(yōu)

先級發(fā)生變化時，應(yīng)請求重新調(diào)度。如進程通過系統(tǒng)調(diào)用自愿改變優(yōu)先級時

或者系統(tǒng)處理時鐘中斷時,根據(jù)各進程等待處理機的時間長短而調(diào)整進程的

優(yōu)先級。

3.8什么時候進行進程調(diào)度最為合適？請說明理由。

答：進程調(diào)度的時機：

當發(fā)生引起調(diào)度條件，且當前進程無法繼續(xù)運行下去時（如發(fā)生各種進程放

棄處理機的條件）可以馬上進行調(diào)度與切換。

當中斷處理結(jié)束或自陷處理結(jié)束返回被中斷進程的用戶態(tài)程序執(zhí)行前，若請

求調(diào)度標志置上，即可馬上進行進程調(diào)度與切換。如果操作系統(tǒng)支持這種情

況下運行調(diào)度程序,即實現(xiàn)了剝奪方式的調(diào)度。

3.9證明短進程優(yōu)先（SPF）調(diào)度算法可使進程的平均等待時間最短。

證明：設(shè)州為第，個進程的運行時間/為時間片。貝?。葸M程的平均等待時間為

FCFS,HPF,短進程優(yōu)先,最短剩余時間，最高響應(yīng)比，多級反饋隊列：

以一町

T=----------

n

這的）-（＜私）

時間片輪換：T=j一1--------

n

其中RT,為最后運行的進程的運行時間。

因為在最短進程優(yōu)先調(diào)度算法中，RT,=max（/?7；）

所以短進程優(yōu)先（SPF）調(diào)度算法可使進程的平均等待時間最短。

3.10對于三類進程（I/O為主、CPU為主和I/O與CPU均衡），應(yīng)如何賦予它們

的運行優(yōu)先級并說明理由。

答：對于這三類進程，賦予的優(yōu)先級由高到低分別為：I/O為主、I/O與CPU均

衡、CPU為主。

理由：為了充分利用外部設(shè)備，以及對終端交互用戶及時地予以響應(yīng)，通常

將I/O型進程列為最高優(yōu)先級隊列。

3.19什么是批處理作業(yè)和交互式作業(yè)？它們的特點是什么？系統(tǒng)如何管理？

答：批處理作業(yè)是指用戶將若干用戶任務(wù)合成一批，一起提交給系統(tǒng)進行處理的

任務(wù)集合。交互式作業(yè)是指用戶的一次上機交互過程，用戶通過命令語言逐

條地與系統(tǒng)進行應(yīng)答式的交互，提交作業(yè)步。

特點：批處理作業(yè)的處理過程由計算機自動運行，不需人為干預(yù)，用戶也看

不到中間結(jié)果。交互式作業(yè)需要系統(tǒng)提供終端供用戶與系統(tǒng)交互，作業(yè)的運

行由人控制，便于作業(yè)的調(diào)試以及將作業(yè)按人預(yù)想的方向進行。

3.11假設(shè)在單處理機上有五個進程（1、2、3、4、5）爭奪運行，其運行時間分

別為10,1,2,1,5秒，其優(yōu)先級分別為3,1,3,4,2,這些進程幾乎

同時到達，但在就緒隊列中的次序依次為1,2,3,4,5,試回答：

①給出這些進程分別適用輪轉(zhuǎn)法、SPF和非剝奪優(yōu)先級調(diào)度法調(diào)度時的運行進度

表，其中，輪轉(zhuǎn)法中的時間片取值為20

②在上述各算法的調(diào)度下每個進程的周轉(zhuǎn)時間和等待時間為多少？

③具有最短平均等待時間的算法是哪個？

答：輪轉(zhuǎn)法：

進程的周轉(zhuǎn)時間：進程1：19,進程2：3,進程3：5,進程4：6,進程5：

15

進程的等待時間：進程1：9,進程2：2,進程3：3,進程4：5,進程5：

10

平均等待時間(9+2+3+5+10)/5=5.8

SPF算法:

進程提交時間結(jié)束時間等待時間周轉(zhuǎn)時

間

10101

2919919

32424

41212

54949

平均等待時間：16/5=3.2

非剝奪優(yōu)先級算法

進程提交時間結(jié)束時間等待時間周轉(zhuǎn)時

間

1111111

218191819

311131113

40101

513181318

平均等待時間：43/5=8.6

SPF算法具有最短平均等待時間。

3.13試述剝奪調(diào)度與非剝奪調(diào)度之間的區(qū)別，并分析各自的優(yōu)缺點。

答：區(qū)別：

非剝奪式調(diào)度：一旦分派程序把處理機分配給某進程后，便讓它一直運行下去,

直到進程完成或發(fā)生某事件而阻塞時，才把CPU分配給另一進程。

剝奪式調(diào)度：某個進程正在運行時可以被系統(tǒng)一某種原則剝奪分配給它的處理

機，將處理機分配給其他進程。

優(yōu)缺點：

非剝奪式調(diào)度：

優(yōu)點：簡單、系統(tǒng)開銷小。

缺點：實時性差；

剝奪是調(diào)度：

優(yōu)點：加快系統(tǒng)吞吐率，加速系統(tǒng)響應(yīng)時間。

3.17作業(yè)與進程有何不同？它們之間有什么關(guān)系？

答：不同：作業(yè)時用戶向計算機提交的相關(guān)任務(wù)的組合，而進程則是具體具體完

成用戶任務(wù)運行實體，分配計算機資源的基本單位。

批處理系統(tǒng)作業(yè)與進程關(guān)系：作業(yè)調(diào)度程序每選擇一道作業(yè)運行時,首先為該作

業(yè)創(chuàng)建一個根進程,該進程執(zhí)行作業(yè)控制語言解釋器程序,并可根據(jù)需要創(chuàng)

建多個子進程.

分時系統(tǒng)中作業(yè)與進程關(guān)系：在沒有創(chuàng)建子進程功能的系統(tǒng)中，一個終端用戶對

應(yīng)一個進程，該進程逐條執(zhí)行用戶命令；在具有創(chuàng)建子進程功能的系統(tǒng)中，

對于較為單純的命令，由命令解釋進程直接處理，對較復(fù)雜命令，命令解釋

進程創(chuàng)建子進程，并由該子進程運行該命令。

3.19什么是批處理作業(yè)和交互式作業(yè)?它們的特點是什么?系統(tǒng)如何管理？

答：批處理作業(yè)是指用戶將若干用戶任務(wù)合成一批，一起提交給系統(tǒng)進行處

理的任務(wù)集合。交互式作業(yè)是指用戶的一次上機交互過程，用戶通過命令語

言逐條地與系統(tǒng)進行應(yīng)答式的交互，提交作業(yè)步。

特點：批處理作業(yè)的處理過程由計算機自動運行，不需人為干預(yù)，用戶也看

不到中間結(jié)果。交互式作業(yè)需要系統(tǒng)提供終端供用戶與系統(tǒng)交互，作業(yè)的運

行由人控制，便于作業(yè)的調(diào)試以及將作業(yè)按人預(yù)想的方向進行。

3.21線程與進程的區(qū)別是什么？多線程編程的優(yōu)缺點是什么?

答：進程和線程的區(qū)別在于：

線程的劃分尺度小于進程，使得多線程程序的并發(fā)性高。

另外，進程在執(zhí)行過程中擁有獨立的內(nèi)存單元，而多個線程共享內(nèi)存,

從而極大地提高了程序的運行效率。

線程在執(zhí)行過程中與進程還是有區(qū)別的。每個獨立的線程有一個程序運

行的入口、順序執(zhí)行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨立執(zhí)行，必須依

存在應(yīng)用程序中，由應(yīng)用程序提供多個線程執(zhí)行控制。

從邏輯角度來看，多線程的意義在于一個應(yīng)用程序中，有多個執(zhí)行部分

可以同時執(zhí)行。但操作系統(tǒng)并沒有將多個線程看做多個獨立的應(yīng)用，來實現(xiàn)

進程的調(diào)度和管理以及資源分配。這就是進程和線程的重要區(qū)別。

4.1并行任務(wù)如何在程序中表示

答：并行任務(wù)在程序中主要通過并發(fā)語句來表示。如Parbegin/Parend語句。

4.2并行任務(wù)并行（并發(fā)）運行的操作系統(tǒng)支持基礎(chǔ)是什么？

答：支持基礎(chǔ)是進程和線程的引入。在多道程序設(shè)計系統(tǒng)中，進程之間可以并發(fā)

執(zhí)行，這就使多任務(wù)并行執(zhí)行成為可能。同時，線程的引入，同一進程內(nèi)的

多個線程也可以并行運行，這也提供了任務(wù)內(nèi)部的并行。提高了效率

4.3Hyman于1966年提出了下所示解決臨界段問題的算法，判斷它是否正確。

如果不正確。舉例說明它違背了Dijkstra提出的關(guān)于解決臨界段問題的那一

條原則。

兩個進程P0和P1共享下列變量：

Varflagarray[O..l]ofboolean;

Turn:0..1;

其中,flag數(shù)組元素初值均為false。進程Pi（i=0或1）所對應(yīng)的程序表示

為：

Repeat

Flag[i]=true'

Whileturn，ido

begin

whileflag[j]doship

tum=I;

end;

Flag[i]=false;

noncriticalsection

untilfalse;

答：進程PO在flag[O]=false后，進程Pl跳出循環(huán)，此時剛好來了一個中斷。中

斷使得進程P0又再次執(zhí)行，此時由于P1并沒有給turn賦值，從而P0可以

順利進入臨界段，在P0進入臨界段時產(chǎn)生中斷，P1恢復(fù)執(zhí)行，將turn賦值

為1,從而P1也可以進入臨界段。從而產(chǎn)生錯誤。

4.4何謂原語？它與系統(tǒng)調(diào)用有何區(qū)別？如何實現(xiàn)原語執(zhí)行的不可分割性？

答：原語是指完成某種功能且不被分割、不被中斷執(zhí)行的操作序列。有時也稱為

原子操作。

它與系統(tǒng)調(diào)用的區(qū)別：原語和系統(tǒng)調(diào)用是兩個不同的概念，原語主要強調(diào)操

作的不可分割性，可以認為是一個不可中斷的子程序調(diào)用，但是系統(tǒng)調(diào)用是

由用戶態(tài)進入核心態(tài)，雖然系統(tǒng)調(diào)用一般也不被中斷，但是如果有更高更緊

迫的系統(tǒng)調(diào)用的話，還是能夠打斷原來的系統(tǒng)調(diào)用的。

實現(xiàn)原語執(zhí)行的不可分割性：通常由硬件來實現(xiàn)，也可以由軟件通過中斷屏

蔽的方法來實現(xiàn)。

4.5什么是“忙等待"？如何克服"忙等待"？

答："忙等待"是：某一個進程正在執(zhí)行其臨界段，其他欲進臨界段的進程均須

在它們的EntryCode中連續(xù)地循環(huán)等待。

克服方法：重新定義P,V操作。

4.6如果P,V操作不作為原語(可分割執(zhí)行)那么是否還可用于解決互斥問題？

如果不能，則舉例說明。

答：如果P,V操作不作為原語，那么不可用于解決互斥問題。因為如果那樣的

話，則：程序語言5=對

翻譯成機器語言為:loadRl,s;loadR2,l;subRl,R2;

此時，他們之間的操作可以分割執(zhí)行，假設(shè)有兩個進程Pl、P2,s初值為1,

當P1進入P操作時，s大于0,可以進入，因此會執(zhí)行上面的機器語言，將

s的值取出來，放入R1寄存器中，而此時，有可能P2進程要進入臨界段,

因此，它也比較s的值是否小于0,因為此時s的值仍為1,所以P2也進入

臨界段，出現(xiàn)錯誤。

4.11多元信號量機構(gòu)允許P,V操作同時對多個信號量進行操作。這種機構(gòu)對同

時申請或釋放若干個資源是非常有用的。假設(shè)二元信號量機構(gòu)中的P原語定

義為：

P(S,R):While(S<0orR<0);

S=S-1;

R=R-1;

試用一元信號量機構(gòu)加以實現(xiàn)。

答：mutex:semaphore

P(mutex);

P(S)；

P(R);

V(mutex);

4.13多元信號量機構(gòu)允許P、V操作同時對信號量進行操作。這種機構(gòu)對于同時

申請或釋放若干個資源是非常有用的。假設(shè)二元信號量機構(gòu)中的P原語定義

為：

P(S,R):while(S<lorR<l)doskip;

S=S-1;

R=R-1;

試用一元信號量機構(gòu)加以實現(xiàn)。

林口?-

①

begin

empty1=1;empty2=l;full1=0;full2=0;

parbegin

P:begin

repeat

P(emptyl);

puttobuffer1;

V(fulll);

untilfalse;

end;

Q:begin

repeat

P(fulll);

getfrombuffer1;

V(emptyl);

P(empty2);

puttobuffer2;

V(full2);

untilfalse;

end;

R:begin

repeat

P(full2);

getfrombufifer2;

V(empty2);

untilfalse;

end;

parend;

end;

②

begin

emptyl=m;empty2=n;full1=0;fiill2=0;mutexl=l;mutex2=l;

parbegin

P:begin

repeat

P(emptyl);

P(mutexl);

puttobuffer1;

V(fulll);V(mutexl);untilfalse;end;

Q:begin

repeat

P(fulll);

P(mutexl);

getfrombuffer1;

V(emptyl);

V(mutexl);

P(empty2);

P(mutex2);

puttobufler2;

V(full2);

V(mutex2);

untilfalse;

end;

R:P(full2);

P(mutex2);

getfrombuffer2;

V(empty2);

V(mutex2);

parend;

4.14題略

答：Pl:Sa;

V(ac);

V(ae);

Sb;

P(cd);

Sd;

P(fe)；

Sf；

V(fh);

Sg；

P2:P(ac);

Sc;

V(cd);

P3:P(ae);

Se;

V(fe);

P(fh)；

Sh;

4.15“理發(fā)師睡覺”問題

答：可以將此題看作N個生產(chǎn)者和一個消費者問題。顧客作為生產(chǎn)者，每到來

一個，就將自己放入計數(shù)器RC,以便讓理發(fā)師消費至最后一個產(chǎn)品(顧客),

因此顧客進程執(zhí)行的第一個語句便是RC=RC+1O而第一個到來的顧客應(yīng)該

負責(zé)喚醒理發(fā)師，理發(fā)師此時正在信號量WAKEUP上等待((P(WAKEUP);

該信號量的初值為0)，由第一個顧客執(zhí)行V(WAKEUP)。若顧客不是第一個

到達，則在信號量WAIT上等待(P(WAIT)該信號量的初值為0),等理發(fā)師

理完一個顧客后，執(zhí)行V(WAIT)操作便可叫出該顧客理發(fā)。以上過程循環(huán)

反復(fù)，理發(fā)師沒每理完一個顧客，就令計數(shù)器減1,RC=O時便知此時無顧

客，理發(fā)師可以繼續(xù)睡覺，等待下一批顧客到達。在設(shè)信號量MUTEX(初

值為1),保證對計數(shù)器RC的互斥作用。

答：rbegin

顧客進程：

begin

P(mutex);

rc=rc+l;

ifrc=lthenV(wakeup);

elseP(wait);

V(mutex);

理發(fā)；

end;

理發(fā)師進程：

begin

P(wakeup);

repeat

理發(fā)；

P(mutex);

rc=rc-1;

if(rc!=O)thenV(wait);

V(mutex);

untilrc=O;

end;

parend;

4.16吸煙者問題(patil,1971):三個吸煙者在一個房間內(nèi)，還有一個香煙供應(yīng)者。

為了制造并抽掉香煙，每個吸煙者需要三樣?xùn)|西：煙草、紙和火柴，供應(yīng)者有豐

富貨物提供。三個吸煙者中，第一個有自己的煙草，第二個有自己的紙和第三個

有自己的火柴。供應(yīng)者隨機地將兩樣?xùn)|西放在桌子上，允許一個吸煙者進行對健

康不利的吸煙。當吸煙者完成吸煙后喚醒供應(yīng)者，供應(yīng)者再把兩樣?xùn)|西放在桌子

上，喚醒另一個吸煙者。試采用：(1)信號量和P、v操作，(2)管程編寫

他們同步工作的程序。

答：(1)用信號量和P、v操作。

vars,SI,S2,S3;semaphore;

S:=l;S1:=S2:=S3:=O;

fiagl,flag2,fiag3:Boolean;

fiagl:=flag2:=flag3:=true;

cobegin

process供應(yīng)者

begin

repeat

p(s)；

取兩樣香煙原料放桌上，由flagi標記；/*nagol、nage2、nage3代表煙草、

紙、火柴

ifflag2&flag3thenV(S1);/*供紙和火柴

elseifflagi&fiag3thenV(S2);/*供煙草和火柴

elseV(S3);/*供煙草和紙

untilefalse;

end

process吸煙者1

begin

repeat

P(S1)；

取原料；

做香煙；

V(s)；

吸香煙；

untilefalse;

process吸煙者2

begin

repeat

P(S2);

取原料；

做香煙；

V(s)；

吸香煙；

untilefalse;

process吸煙者3

begin

repeat

P(S3);

取原料；

做香煙；

V(s)；

吸香煙；

untilefalse;

coend.

(2)用管程。

TYPEmskesmoke=moonitor

VARS,SI,S2,S3:condition;

flagl,flag2,flag3:boolean

DEFINEgive,takel,take2,take3;

USEcheck,wait,signal,release;

proceduregive

begin

check(IM);

準備香煙原料；

if桌上有香煙原料thenwait(S,IM);把準備的香煙原料放桌上；

iffiag2&flag3thensignal(SI,IM);

ifflagl&flag3thensignal(S2,IM);elsesignal(S3,IM);

release(IM);

end

proceduretakel

begin

check(IM):

if桌上沒有香煙原料thenwait(SI,IM);

else取原料；

signal(S,IM);

release(IM);

end

proceduretake2

begin

check(IM):

if桌上沒有香煙原料thenwait(S2,IM);

else取原料；

signal(S,IM);

release(IM);

end

proceduretake3

begin

check(IM):

if桌上沒有香煙原料thenwait(S3,IM);

else取原料

signal(S,IM);

release(IM);

end

begin

flagI:=flag2:=flag3:=true;

end.

cobegin

(

process供應(yīng)者

begin

repeat

Callmakesmoke.give();

untilfalse;

end

process吸煙者1

begin

repeat

Callmakesmoke.take1();

做香煙，吸香煙；

untilfelse;

end

process吸煙者2

begin

repeat

Callmakesmoke.take2();

做香煙，吸香煙；

untilfalse;

end

process吸煙者3

begin

repeat

Callmakesmke.take3();

做香煙，吸香煙；

untilftilse;

end

)

coend.

4.21題略

進程數(shù)資源總數(shù)

11

12

21

22

23

進程數(shù)資源總數(shù)是否可能

死鎖

12

不會

22

可能會

23

不會

33

可能會

34

不會

4.23假設(shè)系統(tǒng)由類型相同的m個資源組成，由n個進程，每個進程至少請求一

個資源。證明：當n個進程最多需要的資源數(shù)之和小于m+n時，該系統(tǒng)無

死鎖。

答：解題方法，找出可能死鎖的資源最多的情況。假設(shè)n個進程需要的資源數(shù)分

別為：al,a2,….an,則占有資源數(shù)最多卻剛好形成死鎖的情況是：每個進程

都占有比所需資源數(shù)少一個的資源數(shù)量，而此時剛好資源用光。所以是：

(al-l)+(a2-l)+.+(an-l)=m,整理得al+a2+...+an=m+n,而要想使得系統(tǒng)

無死鎖，則必須有al+a2+...+an<m+no命題得證

4.28題略

答：1、Need的內(nèi)容為：[0000,0750,1002,0020,0642]

2、系統(tǒng)是處于安全狀態(tài)。

3、進程2請求0420，不能立即得到滿足，因為如果給進程2分配了0420

的話，系統(tǒng)將處于不安全狀態(tài)。所以不能立即得到滿足。

5.5實現(xiàn)多道連續(xù)存儲管理時，需要那些硬件支持？如何實現(xiàn)存儲保護？

答：需要的硬件支持可以選擇兩種：1、上、下界寄存器和地址檢查機制；2、基

地址寄存器、長度寄存器和動態(tài)地址轉(zhuǎn)換機制。

地址轉(zhuǎn)換的過程也即是地址重定位的過程，也有兩種方法實現(xiàn)地址重定位：

1、靜態(tài)重定位，用戶代碼中使用相對地址，在將目標代碼加載到主存時，

裝配鏈接程序通過如下的方法將其裝配成絕對地址：原地址+目標代碼所在

主存起始地址；

2、動態(tài)重定位，它首先將程序在主存的起始地址及其總長度存放于基地址

寄存器和長度寄存器，當在執(zhí)行訪存指令時，首先進行越界檢查，若不越界,

則將地址改成“原地址+目標代碼所在主存起始地址”，然后進行訪問。

實現(xiàn)存儲保護：

當使用第一種硬件機制時，每訪問一次主存，地址檢查機制將CPU提供的

訪存地址與上、下界寄存器的值進行比較。若介乎上下界之間，則可用該地

址訪問存儲器，否則終止程序的運行。

當使用第二種硬件機制時，，每訪問一次主存，它將CPU提供的訪存地址與

長度寄存器的值進行比較。若越界，則終止程序，否則與基地址寄存器中的

值相加成為訪問貯存的絕對物理地址。

5.6為什么要引進頁式存儲管理方法？在這種管理方法中硬件應(yīng)提供哪些支持？

答：原因在于連續(xù)分配存儲空間存在許多存儲碎片和空間管理復(fù)雜的問題，而連

續(xù)分配要求把作業(yè)放在主存的一片連續(xù)區(qū)域中，這往往容易出現(xiàn)連續(xù)空間因

不能容納作業(yè)或進程而不可用。而頁式存儲管理方法可以避免這種情況的發(fā)

生。

硬件應(yīng)提供的支持：動態(tài)地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)，頁表長度寄存器，聯(lián)想存儲器（頁

表以及訪問權(quán)限域均在主存中X

5.7題略

答：（1）訪問一次頁面單元需要訪問兩次主存，因此訪問時間為：1,2*2=2.4us；

（2）等效存儲訪問時間為：1.2*75%+2.4*25%=L5us；

5.11在頁式存儲管理系統(tǒng)中怎樣使多個作業(yè)共享一個程序或數(shù)據(jù)?

答：在每個作業(yè)的頁表中，將需要共享的程序映射到存放該共享程序或數(shù)據(jù)的相

同的物理頁幀上

5.17在頁式虛存系統(tǒng)中，系統(tǒng)為用戶提供224個字的虛存空間。系統(tǒng)有220個

字的主存空間。每頁的大小為512個字。設(shè)用戶給出了11123456（八進制）

的虛存地址。試系統(tǒng)怎樣得到相應(yīng)的物理地址。列出各種可能，并指出那些

工作由硬件完成，那些工作由軟件完成。

答：系統(tǒng)得到物理地址的過程：

由題設(shè)可得，虛存地址的邏輯頁號為：11123,頁內(nèi)偏移為456；

從聯(lián)想存儲器中查找邏輯頁號為11123對應(yīng)的物理頁幀號，如果有，則將物

理頁幀號和頁內(nèi)偏移合成成物理地址進行訪問，否則從頁表中查找。

在頁表中找到相應(yīng)項，查看該頁的合法位是否置上，若為1,則將該項指出

的頁幀號和頁內(nèi)偏移合成成物理地址進行訪問，若合法位為0,則產(chǎn)生頁故

障，系統(tǒng)將頁表項所指的輔存塊號調(diào)入主存，然后合成物理地址進行訪問。

硬件完成的工作：獲得頁幀號，合成物理地址，以及合法位是否置上等。軟

件完成的工作：接收缺頁異常，對缺頁故障進行處理，返回現(xiàn)場。

5.18某程序大小為460個字?？紤]如下訪問序列：10,11,104,170,73,309,

189,245,246,434,458,364,頁幀大小為100個字,駐留集大小為2

個頁面。

給出訪問串；

分別求出采用FIFO、LRU、和OPT替換算法控制上述訪問串的故障數(shù)和

頁故障率。

答：訪問的相應(yīng)邏輯頁號為：0,0,1,1,0,3,1,2,2,4,4,3。

采用FIFO:故障數(shù):6；頁故障率：6/12=50%

采用LRU,淘汰上次使用距當前最遠的頁：故障數(shù)：7；頁故障率為：

7/12=58.3%

采用OPT，淘汰下次訪問距當前最遠的那些頁中序號最小的一頁：故障數(shù)：

5；頁故障率：5/12=41.7%

5.19找頁式虛存系統(tǒng)中，根據(jù)程序的局部性行態(tài)試指出：(1)堆棧結(jié)構(gòu)(2)雜

湊技術(shù)。(3)順序搜索(4)少用或不用GOTO語句。何者的技術(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)

構(gòu)好：何者低劣。

答：

①棧結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)的訪問一般在棧頂附近，或者離棧頂不遠，符合程序的局部

性行態(tài)；

②雜湊技術(shù)取決于Hash值的大小，如果太大，則會頻繁出現(xiàn)缺頁，不利于

程序的局部性行態(tài)；

③順序搜索是根據(jù)當前項向前或向后逐個搜索，符合程序的局部性行態(tài)；

?goto語句往往使程序從一個地方跳到另一個地方，空間跨度往往比較大，

少用或不用goto語句使程序能夠在局部范圍內(nèi)執(zhí)行，符合程序的局部性行

態(tài)。

5.24設(shè)某作業(yè)的程序部分占一頁，A是搞作業(yè)的一個100x10的數(shù)組，找虛擬空

間中按行主順序存放,(即按如下順序存放:A(l,l),B(1,2)..A(1,

100),A(2,1),,A(2,2),...,A(100,1),....,A(100,1001

頁面大小為100個字，駐留集大小為2個頁幀。若采用LRU替換算法，則

下列兩種對A進行初始化的程序段引起的頁故障數(shù)各是多少？

forj=lto100do

fori=lto100do

A(i,j)=0

fori=lto100do

forj=lto100do

A(i,j)=0;

答：駐留集大小為2個頁幀，但是程序要長期駐留在主存中，必須占用一頁，所

以駐留集中只有一頁留給數(shù)據(jù)使用。假設(shè)數(shù)組中每一個元素占一個字的空

間，因為每一頁有100個字，而且數(shù)組是按行主順序存放，當采用1策略時,

賦值順序為：A(l,l),A(2,l),...A(100,l)...,每一次賦值都產(chǎn)生缺頁異常,因

此頁故障數(shù)為100*100=10000,而采用2策略時,只在第一維產(chǎn)生變化時才

產(chǎn)生缺頁故障，因此頁故障數(shù)為100。

5.31設(shè)有如下訪問串：6,9,2,1,0,3,5,4,3,2,1,0,2,10取4=4,

給出用WS與VMIN兩種算法控制該訪問串駐留集的變化情況。

答：用WS方法，有△個時間未被引用則將其淘汰；

用VMIN方法，若某頁下次訪問的距離大于△,則將其淘汰。

5.33如果主存中的某頁正在與外部設(shè)備交換信息，那么在頁故障中斷時可以將

這一頁淘汰嗎？對于這種情況應(yīng)如何解決？(PH0-111)

答：不能將這一頁淘汰，，因為如果淘汰出去的話，則新進入的頁將代替正在交

換信息的頁，而I/O數(shù)據(jù)區(qū)將被新?lián)Q入的頁所代替，從而導(dǎo)致錯誤。因此，

應(yīng)該等該頁與外部設(shè)備交換信息結(jié)束之后，才能將該頁淘汰。

5.34在頁式虛存系統(tǒng)中，通常規(guī)定頁表全部存放在主存。但若虛存空間很大，

頁面又較小時，頁表的體積非常大。若頁表全部存放在主存，空間消耗太大。

這種情況下通常把虛存空間劃分為系統(tǒng)虛擬空間和用戶虛擬空間。映射系統(tǒng)

虛擬空間的表頁全部放入主存，而映射用戶虛擬空間的頁表屬于系統(tǒng)虛擬空

間。因此用戶頁表頁可能不在主存。

試給出這種情況下地址轉(zhuǎn)換的過程。指出那些地方可能產(chǎn)生頁故障，產(chǎn)生頁

故障后如何處理？那些工作由硬件完成，那些由軟件完成？

答：訪問虛地址(233)8時不會發(fā)生缺頁故障，因為根據(jù)虛地址可得，它的頁號為

2,頁內(nèi)偏移為(33)8,而在頁表中頁號為2的頁有效位為1,說明在主存中,

相應(yīng)的頁幀號為20，所以物理地址為(20)8*82+(33)8=(2033)8，而訪問(345)8

時會發(fā)生缺頁中斷，根據(jù)虛地址可得它的頁號為3,頁內(nèi)偏移為(45)8,查頁

表可得，該頁的有效位為0,因此不在主存中，產(chǎn)生缺頁中斷，它首先向主

存申請一個可用的頁幀，然后檢查該故障頁的頁類型，為零頁，因此將剛申

請到的頁幀清零，將頁幀號填入頁表項中，將合法位置為1,然后返回。

6.2設(shè)備控制器與處理機如何通信？

答：CPU通過向控制器寄存器寫命令字來發(fā)出I/O命令，

控制器接到命令后，完成具體的I/O操作，

CPU則反復(fù)讀取控制器的狀態(tài)，測試控制器是否完成操作。

或者轉(zhuǎn)向其他工作，當控制器完成相應(yīng)操作后向CPU發(fā)出中斷信號

6.3簡述各種不同的I/O控制方式?

答：主要有三種不同的I/O控制方式：

1、程序直接控制方式。當遇到一條與I/O相關(guān)的指令時，CPU向相應(yīng)的設(shè)

備控制器發(fā)命令，設(shè)備控制器執(zhí)行相應(yīng)的操作，將I/O狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位

置上,然后CPU周期性地檢查設(shè)備控制器的狀態(tài)寄存器，直到發(fā)現(xiàn)I/O操

作完成為止。CPU直接控制I/O操作過程，包括測試設(shè)備狀態(tài)，發(fā)送讀/寫

命令與數(shù)據(jù)。

2、中斷驅(qū)動方式。CPU向設(shè)備控制器發(fā)出命令后，繼續(xù)做其他工作。當設(shè)

備控制器準備好CPU交換數(shù)據(jù)時，設(shè)備控制器中斷CPU,要求服務(wù)。CPU

被中斷后，執(zhí)行CPU寄存器和設(shè)備控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，然后恢復(fù)被中

斷的工作。

3、DMA方式：當CPU需要讀/寫數(shù)據(jù)塊時，它給DMA部件發(fā)命令，然后

繼續(xù)執(zhí)行其他的工作。DMA負責(zé)此次I/O的完成,DMA部件每次一個字地